双棱镜干涉实验

1、双棱镜实验利用菲涅尔双棱镜可以获得两束相干光以实现光的。双棱镜实验和双平面反射镜实验及实验一起，在确立光的波动学说的历史过程中起了重要作用。同时它也是一种用简单仪器测量光波波长的主要元件。【实验目的】1 学会利棱镜测量光波波长的。2 学习和巩固调整光路的一些基本知识和。【实验原理】利用光的现象进行光波波长的测量，首先要获得两束相干光，使之重叠和形成。条纹的空间分布既和条纹与相干光源之间的相对位置有关，又与光波波长有关，从它们之间的式就能测出光波波长。能发出相干光束的光源称为相干光源。本实验中利棱镜获得相干光束。如图 4.6.1所示，由狭缝 S 发出的光经双棱镜 B 折射后，形成两束犹如从虚光源

2、 S1 和 S2 发出的频率相同、振动方向相同、并且在相遇点有恒定的相位差的相干光束。它们在空间传播时有一部分彼此重叠而形成场（图中斜线较密的区域）。如果将一屏幕 P 置于场中的任何地方，则在屏幕 P 上的 bc 区域会出现明暗相间的条纹。因为场范围比较窄，条纹的间距也很小，所以要用测量显微镜或测微目镜来观测。如图 4.6.2 所示，设 S1 及 S2 是双棱镜 B 所产生的两相干虚光源，其间距为 l，屏幕到S1S2 平面的距离为 d0。若屏上的 P0 点到 S1 和 S2 的距离相等，则 S1 和 S2 发出的光波到 P0的光程也相等，因而在 P0 点相互加强而形成明条纹。设 S1 和S2

3、到屏上任一点 Pk 的光程差为 ，Pk 与 P0 的距离为 xk，则当 l<<d0 盒 xk<<d0时可得到D= xk ld0当光程差为半波长的偶数倍时，即满足D = ±2k l = ±kl2条件时得到了明条纹。由式 及式 可得x =± kl dk0l由式 可看出，相邻亮明条纹的间距是x- x = d0 (k + 1 - k )l = d0 lk +1kll于是ll =X d0对暗条纹也可得到同样结果。利用式 可以测量光波波长 。【实验任务】测出 X、l 和 d0，求出钠求出相对偏差（-D）/D。的波长 并与钠波长的已知值 D=589.3n

4、m 比较，【实验】1 调节共轴实验在光具座上进行（光学元件的布局、间距参照图 4.6.3）为了使钠光灯、狭缝 S、双棱镜 B、凸透镜 L 及测微目镜 M 共轴，应分步调整：（1） 先调光源和狭缝的位置，使钠光灯正对并均匀照亮整个狭缝，狭缝应尽量靠近钠光灯，二者中心应等高。狭缝应垂直于光具座的导轨。（2） 加入透镜和屏，使狭缝中心与透镜 L 的主光轴共轴，并使主光轴平行于导轨。（3） 加入双棱镜 B，使 B 的棱脊中点大致在透镜光轴上，此时在屏上可看到两个平行的狭缝像，进一步调节使棱脊与狭缝平行并通过透镜光轴。若屏上出现两个强度相同（表明棱脊通过了透镜光轴）、且等高并列的狭缝像（表明棱脊平行于狭

5、缝），如旁左图所示，即达到要求。如出现旁右图所示狭缝像，则表明棱脊不平行于狭缝。（4） 用测微目镜 M 代替屏并使它与透镜 L 共轴。2 调节出清晰的条纹调好共轴后，取下透镜 L，则可在测微目镜中看到条纹。若此事看不到条纹但有一明亮的区域，则可能使狭缝太宽或双棱镜的棱脊未与狭缝平行，则应作相应调节直到出现清晰条纹为止（调解狭缝棱及时为方便操作，可以使测微目镜距双棱镜近一些，边观察条纹边调整棱脊，调出清晰的条纹后再把测微目镜移元到预定的位置）。3 测量（1）用测微目镜测 X。测量中应使活动分划板移动方向与条纹垂直，并注意避免引入空程。为提高测量精度可用逐差法处理数据。相继测出第 1 至 6 以及

6、第 21 至 26 各条纹的位置，从而求出 X。（2） 测量两虚光源的间距 l。可利用以凸透镜使虚光源成实像在测微目镜的叉丝平面上， 测出两实像距离 l，重复 6 次取平均值（为了能看清狭缝像，可适当放宽狭缝宽度并利用小圆孔做光阑加在透镜框上以提高成像质量）。（3） 确定测微目镜的叉丝平面位置。以 代替测微目镜，移动屏，使屏上呈清晰的双缝像，屏 P 的位置，重复 6 次取平均值。注意整个测量过程中，测微目镜的位置应固定，不能改变。这样测微目镜叉丝平面的位置才有确定值。（4）狭缝位置 S 与狭缝支杆 S相距 w，在计算 d0 和a 时不能将它忽略。4 计算由公式l =a l¢Xd0 b

7、的已知波长值 D=589.3nm 比较。计算 ，并且与钠【数据表格】1 测 X双棱镜编号C3；测微目镜编号 9979（QCJ2 型）。X= 0.1487mm。2 测透镜位置透镜编号3；f 凸= 31.0cm。L=47.80cm。3 测 l测量次数123456凸透镜位置 L/cm47.9547.6247.7447.8847.7947.84条纹序号123456条纹位置/mm1.3611.5311.6611.821.952.08条纹序号212223242526条纹位置/mm4.3444.5054.6264.7854.9345.04820X/mm2.9832.9742.9652.9652.9842.9

8、68l=2.514mm。4 确定叉丝平面位置P= 5.85 cm；双棱镜的位置 B= 88.5 cm；狭缝支架的位置 S= 170cm； 支架至狭缝的距离 w= 1.5cm。故由公式l =a l¢ =Xd0 b测量次数123456屏的位置 P/cm5.925.725.805.915.895.88测量次数123456两狭缝像 d1/mm6.7816.7836.7916.7846.7886.785位置读数 d2/mm4.2664.2684.2754.2624.2804.282l'/mm2.5152.5152.5162.5262.5082.503【实验注意事项及心得】1 在整个测量过程中测微目镜的位置应当是固定的，不能改变，否则就需要重新进行实验。因为测微目镜的平面叉丝的位置才有确定的值；2. 在看清狭缝像的时候可以将光阑装在透镜上以防止透镜的边缘效应对于成像造成影响；3. 在眼镜进行观察的时候记得在光源之后加上偏正片以削弱激光的强度，保护眼睛；4. 在确定叉丝平面的位置的时候由于不好确认是否屏上的是最清晰的像，还可采用大致估算屏上两像之间的距离看是否与5 实验的预习是很关键的，如果不是很预习就会导致严重影响实验进度，此次